JPH01239923A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造におけるリソグラフィ
ー工程において、マスクに形成されたパターンを投影光
学系を介して半導体ウェハ等の惑光基板上に焼付ける露
光装置に関し、特にエキシマレーザ装置を備えたステッ
プ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置
、所謂ステッパーは、半導体集積回路の製造におけるリ
ソグラフィー工程において中心的役割を担うようになっ
ている。このステッパーは、マスク或いはレチクル（以
下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パターンを縮小
投影レンズ（以下、単に投影レンズと呼ぶ）を介し、レ
ジストが塗布された半導体ウェハ等の感光基板（以下、
ウェハと呼ぶ）上の局所領域を順次露光する。近年、半
導体集積回路の集積度はますます高くなり、これに伴い
回路の最小線幅はサブ・ミクロン程度で形成されること
が要求されるようになってきた。

このため、現在ではサブ・ミクロンの線幅のリソグラフ
ィーに好適であるとして、紫外域で発光する高輝度、高
出力のＫｒＦレーザ等のエキシマレーザを露光用光源と
するステッパーが注目されている。

ところで、波長が３６５ｎｍ（Ｈｇランプのｉ綿）より
短い紫外域レーザであるエキシマレーザを露光用照明光
とする投影レンズに使用できる材料は、合成石英、ホタ
ル石等に限定される。しかも、エキシマレーザのスペク
トル幅が半値幅で０゜３〜０．４ｎｍ程度あるため、例
えば石英レンズのみで構成された投影レンズでは色収差
が生じてしまう。このため、２種類以上の硝材を組み合
わせた色消しレンズを使用することになるが、ホタル石
等の結晶材料の形状（大きさ）、研磨特性には問題があ
り、レンズ設計及び製造上かなりの制限を受けることと
なる。これに対して、露光光としてスペクトル幅の半値
幅の極めて狭い光（例えば、０．０１〜０．００５ｎｍ
以下まで狭帯域化された光）を用いれば、上述の色消し
レンズを用いずに石英レンズのみの単一硝材による投影
レンズを製作することが可能となり、投影レンズ等の設
計及び製造の困難性が大幅に改善される。

そこで、このようなエキシマレーザ装置を備えたステッ
パーでは、一般にエキシマレーザ装置にファブリペロー
エタロン（以下、単にエタロンと呼ぶ）、グレーティン
グ等の波長選択素子を設けてエキシマレーザの波長を０
．００３〜０．００５ｎｍまで狭帯域化し、色収差の発
生を防止することにより高解像の露光を行うことが考え
られている。しかし、エキシマレーザ装置から発振され
るレーザ光の波長は、レーザ発振開始直後等ではかなり
大きく変動する。また、レーザ光の波長がある程度安定
した後でも、波長選択素子が８！械的振動、温度、気圧
等の影響を受けるために波長変動が生してしまう。従っ
て、このような波長変動、即ちレーザ光の中心波長の設
定波長に対する波長変動量が所定の許容変動範囲（例え
ば、±０．００１ｎｍ）を越えると、エキシマレーザ用
の投影レンズはある特定の波長のみで収差補正されてい
るため、この波長変動に伴い投影倍率、焦点泣面の変動
等が生じて高解像で露光を行うことができなくなる。こ
のため、エキシマレーザの波長の安定化、即ら中心波長
を設定波長と一致させると共に、波長変動量を所定の許
容変動範囲以内に抑えることが重要となる。そこで、エ
キシマレーザの波長が安定化するように波長選択素子の
制御を行い、波長変動による投影倍率、塊点位置の変動
等の発生を防止する対策が必要になる。例えば、波長選
択素子としてファブリペローエタロンを用いる場合には
、水銀ランプ等の基準波長に基づいて設定される設定波
長に対するレーザ光の中心波長の波長変動量に応して、
適宜波長選択用エタロンをフィードバック制御によりレ
ーザ光の光軸に対して傾斜させる。これより、レーザ光
の波長シフトが安定化されて、レチクルの回路パターン
がウェハ上に形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、この種のエキシマレーザ装置を備えたス
テッパーでは、レーザ光の波長特性の安定化（中心波長
と波長幅の安定化）が重要となり、波長特性のわずかな
不安定が投影倍率、焦点位置変動等の発生原因となる。

例えば、ステッパーの立し上げ時（レーザ発振開始直後
）等ではレーザ光の波長変動が大きく、この状態でレチ
クルの回路パターンをウェハ上に転写しても高精度（高
解像力）の回路パターンを得ることはできない。特に、
露光中に波長選択素子が機械的振動等の影否を受は波長
変動が生じると、この波長変動による投影倍率、焦点位
置変動等によってレジストが不必要に感光されたり、或
いはウェハ上に不良の回路パターンが焼付けられてしま
うという問題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レーザ光
の波長変動に応じて適宜波長の安定化を行うと共に、波
長変動による投影倍率変動等が発生した場合でも、ウェ
ハ上に不良の回路パターンが転写されるのを防止するこ
とができる安定性の高いエキシマレーザ装置を備えた露
光装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、波長選
択用エタロン１０５、フロントミラー１０３等から成る
エキシマレーザ装置１００から出力されるパルス状のエ
キシマレーザを用い、レチクルＲのパターン領域Ｐａに
形成される回路パターンをコラム８に固設された投影光
学系としての投影レンズ７を介してウェハＷ上に投影露
光する装置において、フロントミラー１０３を介して発
振されるレーザ光の光路の閉鎖、開放を行う遮光手段と
してのシャッター２と；レーザ光の光路中に設けたビー
ムスプリッタ−１を用いてレーザ光の一部を取り出し、
レーザ光の波長を検出するモニター用エタロン２２、第
１デイテクター２４等から成る波長検出手段としての波
長モニター装置２０と；この波長モニター装置２０によ
り検出されるレーザ光の波長と、レーザ光の設定波長と
に基づいて、レーザ光の光路を閉鎖するように駆動装置
２　ａを介してシャッター２を駆動制御する制御手段と
しての主制御装置５０と；主制御装置５０がシャッター
２を用いてレーデ光の光路を閉鎖している間に、波長モ
ニター装置２０により検出されるレーザ光の波長と、レ
ーザ光の設定波長とに基づいてレーザ光の波長変動量を
求め、この波長変動量に応じて波長選択用エタロン１０
５の傾斜角を駆動装置３２を介して制御し、エキシマレ
ーザ装置１００から発振され、るレーザ光の波長を安定
化を行う波長安定化手段としての制御装置３１と駆動装
置３２とから成る波長安定化装置３０とを設け、レーザ
光の中心波長が設定波長と一致すると共に波長変動量が
所定の基準範囲、即ち許容変動範囲（±０．００１ｎｍ
）以内となった場合にシャッター２の開放制御を行い、
レチクルＲのパターン領域Ｐａに形成された回路パター
ンを投影レンズ７を介してウェハＷ上に投影露光するよ
うに構成する。

または、エキシマレーザ装置１００を備えた露光装置に
おいて、ウェハＷをｔｘｉして投影レンズ７の光軸ＡＸ
と略垂直な面内で２次元的に移動させるＸ−Ｙステージ
１１と；前記波長モニター装置２０と；波長モニター装
置２０により検出、されるレーザ光の波長と、レーザ光
の設定波長とに基づいて、Ｘ−Ｙステージ１１の位置移
動を駆動部１２ａ、１３ａを介して制御する制御手段と
じての主制御装置１ｆｆｉ５０と；前記波長安定化装置
ｆ３０とを設け、レーザ光の中心波長が設定波長と一致
すると共に波長変動量が所定の許容変動範囲（±０゜０
０１ｎｍ）以内となった場合に、Ｘ−Ｙステージ１１を
所定位置としての座標値（Ｘ＠、Ｙ・）から位置移動さ
せてウェハＷを所定の露光位置に位置決めし、レチクル
Ｒのパターン領域Ｐａに形成された回路パターンを投影
レンズ７を介してウェハＷ上に投影露光するように構成
する。

〔作用〕

本発明においては、常に波長モニター装置を用いてレー
ザ光の波長を検出しておき、レーザ光の中心波長の設定
波長に対するずれ、即ち波長変動量が所定の許容変動範
囲を越えた場合には、直ちにシャッター或いはウェハス
テージを駆動制御して、レチクルの回路パターンの投影
像がウェハ上に投影されないように構成されている。こ
のため、レーザ光の波長変動に伴う投影倍率変動等によ
って不良な回路パターンがウェハ上に形成されるのを防
止することができ、これと同時に波長選択用エタロンの
傾斜角をフィードバック制御することにより波長変動を
適宜補正することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。第１
図は本発明の第１の実施例によるエキシマレーザ装置１
００をＤＩＮえたステッパーの概略的な構成を示す図、
第２図はウェハステージＷＳの位置検出を行うレーザ干
渉計１２．１３と駆動部１２ａ、１３ａの概略的な配置
を示す図である。

第１図、第２図において、エキシマレーザ装置１００は
キャビティー１０１内に設置されたレーザ共振部１０２
、フロントミラー１０３、リアミラー１０４及びファブ
リペローエタロン、グレーティング等の波長選択素子１
０５から構成されている。ここでは、波長選択素子とし
て鏡面間隔が固定されているタイプのファブリペローエ
タロン（以下、波長選択用エタロンと呼ぶ）を用いるも
のとする。フロントミラー１０３とリアミラー１０４と
の間においてレーザ光が反射往復し、両ミラーの間に配
置された波長選択用エタロン１０５の作用によって、０
．００３〜０．００５ｎｍ以下までレーザ光の波長幅の
狭帯域化が行われる。

この狭帯域化されたレーザ光はフロントミラー１０３を
介して発振され、反射率が低いビームスプリッタ−１に
入射し、ビームスプリッタ−１を透過する露光用の照明
光と、一部反射される波長検出用の光とに分割される。

まず、ビームスプリッタ−１で反射されるレーザ光は拡
散板２１によって拡げられて、波長モニター用ファブリ
ペローエタロン（以下、モニター用エタロンと呼ぶ）２
２によりレーザ光の波長に対応する波数スペクトルを得
る。この波数スペクトルはレンズ２３をｉ３過してＣＣ
Ｄ等から成るリニアアレイ・ディテクター等のスペクト
ル検出装置（以下、第１デイテクターと呼ぶ）２４に入
射し、波長選択用エタロン１０５でのスペクトルによっ
て決まる干渉縞分布（スペクトル特性）が検出される。

この拡散板２１から第１デイテクター２４までにより波
長モニター装置２０が構成される。ここで、モニター用
エタロン２２も波長選択用エタロン１０５と同様に、鏡
面間隔が固定されているタイプのものを用いるものとす
る。さて、第１デイテクター２４から出力されるスペク
トル特性（干渉縞分布）信号は制御装置３１に出力され
、制御装置３１は水銀ランプ等の基準波長により求めら
れるレーザ光の設定波長（絶対値）に対応したスペクト
ル特性と、第１デイテクター２４の出力信号とから波長
の変動量を求める。そして、この波長変動量に基づいて
波長選択用エタロン１０５の傾斜角を駆動装置３２を介
して適宜フィードバンク制御する。この制御装置３１と
駆動装置３２とは波長選択用エタロン１０５の傾斜角を
制御してレーザ光の波長を狭帯域化すると共に、このレ
ーザ光の波長（中心波長と波長幅）を安定化させる波長
安定化装置３０を構成している。

一方、ビームスプリッタ−１を透過したレーザ光（ｎ光
用の照明光）はシャッター２に至り、このシャッター２
においてレーザ光の光路の閉鎖及び開放の調整が行われ
る。ここで、第１デイテクター２４のスペクトル信号は
主制御装置５０にも出力されて、主制御装置５０はこの
スペクトル信号とレーザ光の基準波長（絶対値）とに基
づいてレーザ光の波長変動量を求める。そして、主制御
装置５０はレーザ光の中心波長が設定波長と一致し、波
長変動量が所定の許容変動範囲（±０．００１ｎｍ）以
内になるまでシャッター２を閉じてレーザ光を遮断して
おき、波長変動量が所定の許容変動範囲以内になったら
シャッター２を開けるように駆動装置２ａを介してシャ
ッター２の閉鎖、開放を適宜制御する。尚、このシャッ
ター２は例えば４分割して遮光部と透過部を交互に設け
、回転駆動機構、例えばパルスモータ等の駆動装置２ａ
によって回転され、ロータリーシャッターとして働くも
のとする。

次に、シャッター２をｉＩ過した照明光はプライアイレ
ンズ、或いはシリンドリカルレンズ等から成る照明光学
系３に入射し、この照明光学系３において照明むらが除
去されて照明の均一化が行われる。さらに、この均一化
された照明光は透過率が低いビームスプリンター４にお
いて反射されるが、ビームスプリッタ−４に入射した照
明光の一部は分割されて、光検出器（以下、第２デイテ
クターと呼ぶ）４０に入射するように構成されている。

第２デイテクター４０は照明光を検出して光情報（強度
値）を光量モニター４１へ出力し、光量モニター４１に
おいて任意の時間内での照明光の積分光量が算出される
。次に、この算出された積分光量は主制御装置５０に出
力され、主制御装置５０において露光量制御、即ちシャ
ッター２の１シヨツト毎の開閉制御の基礎データとなっ
ている。尚、第２デイテクター４０は予めパワーメータ
等を用いてレーザ光の実際の光量と第２デイテクター４
０の感度との関係が求められ、主制御装置５０に記憶さ
れているものとする。

また、ビームスプリッタ−４で反射された露光波長の照
明光はコンデンサーレンズ５に至り、レチクルＲのパタ
ーン領域Ｐａに形成されたパターンを均一な照度で照明
する。レチクルＲはコラム８の上部を水平面内で２次元
的に移動するレチクルステージ６上に載置されている０
両側若しくは片側テレセントリックな投影レンズ７はコ
ラム８の一部に固設され、レチクルＲのパターンの像を
１１５、或いは１／１０に縮小し、その縮小像をレジス
トが塗布されたウェハＷ上に投影する。ここで、本実施
例で用いる投影レンズ７はレチクルＲ１ウェハＷ側共に
テレセンドリンクな光学系である。さて、露光すべきウ
ェハＷはウェハホルダー（θテーブル）９を介してＺス
テージ１０上に保持され、Ｚステージ１０は座標系ＸＹ
において２次元的に移動するＸ−Ｙステージ１１上に設
けられている。また、第２図にも示したようにＺステー
ジ１０の端部にはＸ−Ｙステージ１１のＸ方向の位置（
Ｘ座標値）を検出する光波干渉測長器（以下、レーザ干
渉計と呼ぶ）１２用の平面鏡１２ｍが設けられている。

同様に、Ｘ−Ｙステージ１１のＸ方向の位置（Ｙ座標値
）を検出するレーザ干渉計１３用の平面鏡１３ｍもＺス
テージ１０の端部に設けられている。ここで、投影レン
ズ７とレーザ干渉計１２．１３はレーザ干渉計からの各
々のレーザ光束が同一平面内で直交し、かつ投影レンズ
７の光軸がその交点を通ると共に、この２つの測定軸（
例えばレーザ光束の中心線）を含む平面が投影レンズ７
の投影結像面と略一致するように配置されている。尚、
ウェハホルダー（θテーブル）９、Ｚステージ１０及び
Ｘ−Ｙステージ１１を以下、まとめてウェハステージＷ
Ｓと呼ぶことにする。ウェハステージＷＳは駆動部（Ｘ
−ＡＣＴ）　１２　ａ、　　（Ｙ−ＡＣＴ）　１３　ａ
によってそれぞれＸ、Ｘ方向に移動され、上述のレーザ
干渉計１２．１３と平面鏡１２ｍ、１３ｍとによって、
ウェハステージＷＳの２次元的な位置ｊＸ、Ｙ座標値）
が検出される。

さて、第１図中に示したレチクル・アライメント系１６
は、レチクルＲのパターン領域Ｐａの外側に形成された
レチクルマークと、コラム８上面に形成された基準マー
クとに、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ等の照明光束をミラー１
６ａを介して照射し、この両方のマーク像を重ね合わせ
て同時に観察する。

そして、レチクルマークと基準マークのマーク像のＸ方
向の位置ずれを検出する。同様に、レチクル・アライメ
ント系１７．１８はそれぞれレチクルマークと基準マー
クのマーク像を重ね合わせて同時に観察し、このマーク
像のＸ方向、Ｘ方向の位置ずれを検出する。また、オフ
・アクシス方式のウェハ・アライメント系１４はＸ方向
に伸びたスポット光（シートビーム）ＳＰｘをウェハＷ
上に形成された所定の回折格子マーク（ウェハマーク）
等に照射し、ウェハステージＷＳをＸ方向に微動させて
ウェハマークのＸ方向の位置を検出する。同様に、ウェ
ハ・アライメント系１５はＸ方向に伸びたスポット光Ｓ
Ｐｙを用い、ウェハステージＷＳをＸ方向に微動させて
ウェハマークのＸ方向の位置を検出するものである。ま
た、主制御装置５０は第１ディテクター２４或いは第２
デイテクター４０からの出力信号に基づいて、シャッタ
ー２の閉ｉＬ開放の制御を行う他に、上述の２つの７ラ
イメント系等を含む装置全体の動作を統括制御する。さ
らに、主制御装置５０は主制御装置５０での演算値や各
種アライメント系で検出された位置ずれ量等に応じて、
ウエハステ−ジＷＳのＸ−ＡＣＴ１２ａ等の各駆動部に
それぞれ所定の駆動指令を出力する。

次に、本実施例のように構成されたＨＴＩの動作につい
て説明する。

エキシマレーザ装置を備えたステッパーの立ち上げ（レ
ーザ発振開始）時等では、レーザ光の中心波長の設定波
長からのずれ、或いは許容変動範囲（±Ｏ，ＯＯ１ｎｍ
）を越える波長変動等により投影倍率、焦点位置変動等
が生し、この状態で高解像の露光を行うことはできない
。このため、レーザ発振を開始する前に主制御装置５０
が予め駆動装置２ａを介してシャッター２を駆動制御し
て、レーザ光の光路を閉鎖しておく。尚、波長モニター
装置２０はビームスプリッタ−１において露光用の照明
光と、波長検出用の光とに分割されるレーザ光のうち、
常にビームスプリッタ−１で反射される波長検出用の光
を取り入れてレーザ光の波長を検出し、この情報を制御
装置３１及び主制御装置５０へ出力している。次に、上
述したようにシャッター２がレーザ光の光路を閉鎖して
いる状態でレーザ発振（パルス光）を開始するが、レー
ザ発振開始後しばらくの間レーザ光の波長は大きく変動
する。このため、まず制（１１１装置３１は波長モニタ
ー装置２０（第２デイテクター２４）の出力信号とレー
ザ光の設定波長から求めた波長変動量に応して、波長選
択用エタロン１０５の傾斜角をフィードバック制御する
。次に、主制御装置５０は波長モニター装置２０により
検出されるレーザ光の波長が安定化、即ち中心波長が設
定波長と一致し、波長変動量が許容変動範囲（±０゜０
０１ｎｍ）以内となったか否かを第１デイテクター２４
からの出力信号から判断する。この結果、所定の設定時
間ｔ１の間レーデ光の波長が安定していれば、レーザ発
振を停止して主制御装置５０はシャッター２を駆動して
レーザ光の光路の開放を行う。これより、露光時にレー
ザ発振を行うと、中心波長が設定波長と一致し、波長変
動量が許容変動範囲（±０．００１ｎｍ）以内に調整さ
れたレーザ光はシャッター２を通過する。

ここで、上述したレーザ光の波長安定化を行っている時
は、シャッター２によりレーザ光の光路が閉鎖されてい
るため、ウェハＷが投影レンズ７の結像位置にあっても
レチクルＲの回路パターンがウェハＷ上に転写されたり
、レジストが不必要に感光されることがない。そこで、
波長安定化装置３０等によるレーザ光の波長の安定化動
作と並行して、主側′４ｎ装置５０はチップ・ローテー
ション計測等の各種計測或いはレチクル・アライメント
等の位置合わせを行う。例えば、第２層目のレチクルＲ
を露光する場合ではウェハ・アライメント系１５を用い
、ウェハＷ上にすでに形成されている回路パターンの両
側に設けられたウェハマーク（回折格子マーク等）のＹ
方向の位置を検出することによって、回路パターンの座
標系ＸＹに対する回転量、即ちチップ・ローテーション
を求めることができる。このようにシャッター２がレー
ザ光の光路を閉鎖している間に、各種計測、位置合わせ
を行っておけば、露光開始前の準備時間等を短１宿する
こと力（できる。

さて、露光動作中はシャッター２を通過したレーザ光が
フライアイレンズ等から成る照明光学系３を介してビー
ムスプリッタ−４に至り、ビームスプリッタ−４におい
てビームスプリッタ−４をｉ３遇する光量検出用の光と
、反射してコンデンサーレンズ５に入射する露光用の照
明光に分割される。ビームスプリッタ−４で反射される
照明光は、コンデンサーレンズ５を介してレチクルＲの
パターン領域Ｐａに形成された回路パターンを均一な照
度で照明する。また、ビームスプリンター４を透過する
光量検出用の光は第２デイテクター４０に入射し、第２
デイテクター４０はレーデ光を検出して光情弗（強度値
）を光量モニター４１へ出力する。光量モニター４１は
この光情報に基づいて照明光（パルスレーザ光）の積分
光量を検出し、主制御装置５０へ出力するように構成さ
れている。主制御装置５０は測定した光量積算値が所定
の目標値に達した時点でパルスレーザ光の発振を停止す
る。

以上によって１シヨツト毎の露光動作が完了するが、さ
らに本実施例ではパルス発振の開始と停止による露光制
御の他に、シャッター２を露光■制御に兼用して、主制
御装置５０が光量モニター４１の出力信号（積分光量）
に基づいて、適宜シャッター２を閉鎖、開放して１シヨ
ツト毎の露光量制御が実行できるように構成した。この
ため、パルス状のレーザ光に対して１シヨツト毎に一定
の速度、タイミングでシャッター２を開放し、所定の設
定時間ｔ２後シャッター２の閉鎖を開始するものとすれ
ば、光量モニター４１はシャッター２の開放を開始して
からシャッター２の閉鎖を開始するまでの積分光量Ｅａ
を検出し、この情報（積分光１１Ｅａ）を主制御装置５
０へ出力する。

しかし、このようにシャッター２を開放、閉鎖して露光
量を制御する場合には、パルス状のエキシマレーザの１
パルス毎の出力強度にばらつき（通常±５％程度）が生
じるため、光量モニター４１により検出される１シ日ッ
ト毎の積分光１１Ｅａは変動し、一定（最適）の露光量
でレチクルＲの回路パターンをウェハＷ上に転写するこ
とが困難となる。そこで、まず主制御装置５０は光量モ
ニター４１の出力信号（積分光１Ｅａ）と、予め設定さ
れている必要露光量Ｅｂとに基づいて、シャッター２の
閉鎖を開始した時点での不足露光量ΔＥを算出する。次
に、不足露光量ΔＥに応じたシャッター２の閉鎖速度を
算出し、この閉鎖速度を用いてシャッター２の閉鎖を制
御する。尚、シャッター２の閉鎖動作中は光路を閉鎖す
るシャッター２のレーザ光束遮蔽面積に応じて光量が減
少するため、１パルス毎の出力強度（パワー）を全て用
いることがなく、パルス毎の出力強度のばらつきの影響
を受は難くなる。このように不足露光量ΔＥをシャッタ
ー２の閉鎖速度で調整して露光量制御を行うことによっ
て、常に略一定の必要露光量Ｅｂ　（Ｅｂ＝Ｅａ＋ΔＥ
）が得られ、高精度の露光量制御を行うことができるこ
ととなる。

従って、シャッター２を用いレーザ光の波長変動に応じ
てレーザ光の光路を閉鎖すると共に、１シヨツト毎に露
光量制御を行うことによって、不良な回路パターンがウ
ェハＷ上に形成されることなく、レチクルＲの回路パタ
ーンは常に最適露光量で順次ウェハＷ上に転写される。

次に、この露光中に波長選択用エタロン１０５の熱変形
、機械的振動等によってレーザ光に波長変動が生じた場
合、主制御装置５０は所定の設定時間ｔ１の間レーザ光
の波長変動が続いたら、直ちに駆動装置２ａを介してシ
ャンク−２を駆動制御してレーザ光の光路を閉鎖する。

また、制御装置３１はこのシャッター２の閉鎖動作と同
時に駆動装置３２を介して波長選択用エタロン１０５の
傾斜角を調整して波長を安定化する。そして、主制御装
置５０は第１デイテクター２４の出力信号と設定波長か
らレーザ光の波長が安定しているか判断し、その結果所
定の設定時間ｔ１の間レーザ光の波長が安定しているな
らば、上述と同様の動作でシャッター２を開放して露光
を再開する。

従って、露光中に波長変動が生じる場合にはこの動作を
適宜操り返し行うことによって、解像力を低下させるこ
となく、常に最適露光量でレチクルＲの回路パターンを
ウェハＷ上に転写することができる。但し、この露光中
に波長変動が発生してレーザ光の光路を閉鎖する時には
、光路閉鎮中に特に各種計測、位置合わせを行う必要は
ないが、例えばレチクル・アライメント系１６．１７．
１８を用いて振動等によるレチクルＲの位置ずれをチエ
ツクし、位置ずれが発生していたら不図示のレチクル駆
動部を介して補正しておくと良い、また、例えばステッ
パー各部のチエツク等を行うために長時間レーザ発振を
停止する場合には、レーザ発振停止後所定の設定時間ｔ
４が過ぎると、主制御装置５０によりシャッター２が駆
動制御されてレーザ光の光路が閉鎖される。尚、露光を
再開する時はステ・２パー立ち上げ時と同様の動作で波
長変動及び不足露光量ΔＥに応じてシャッター２の開放
、閉鎖を制御すれば、解像力を低下させることなく、常
に最適露光量でレチクルＲの回路パターンがウェハＷ上
に転写される。

かくして本実施例によれば、波長モニター装置２０の出
力信号に基づいて実測された発振中心波長と設定波長と
の比較結果に基づいて、適宜シャッター２の閉鎖、開放
を制御すると共に、光世モニター４１の出力信号に応じ
て１シヨツト毎にシャッター２を制御して露光量の調整
を行うため、レーザ光の波長変動に伴い生じる投影倍率
変動等によって不良の回路パターンがウェハＷ上に転写
されるのを防止することができ、さらに１シヨツト毎に
最適露光量で露光を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施例について第３図を用いて説
明する。第３図は本発明の第２の実施例によるエキシマ
レーザ装置１００を備えたステッパーの概略的な構成を
示す図である。尚、第３図に示した本実施例のステッパ
ーの構成は、第１図、第２図に示された第１の実施例の
ステッパーと同様のものであるが、本実施例ではシャッ
ター２と駆動装置２ａの代わりに、透過率の異なる複数
のフィルターの切換え機構、或いは光量を調整する可変
絞り等を備えた可変光量アテニュエータ６０を設けたも
のである。この可変光量アテニュエータ６０はレーザ光
の光量が適切な光量となるように、第２デイテクター４
０、光量モニター４１により検出される積算光量或いは
１パルス発光の平均光量に応じて制御されるように構成
されている。

そこで、次に本実施例のように構成された装置の動作に
ついて説明する。

本実施例ではステッパー立ち上げ時等においてレーザ発
振を開始する前に、主制御装置５０が予め駆動部１２ａ
、１３ａを介してウェハステージＷＳの位置制御を行う
。つまり、ウェハステージＷＳにｉ３１置されたウェハ
Ｗ上にレチクルＲの回路パターンの投影像が投影されな
いように、所定位置（例えば、座標値（Ｘ、、Ｙ、）と
する）にウェハステージＷＳを位置移動しておく。次に
、ウェハステージＷＳを座標値（Ｘ、、Ｙｏ、）に退避
させた状態でレーザ発振を開始し、制御装置３１が第２
デイテクター２４の出力信号と設定波長から求めた波長
変動量に応じて、波長選択用エフロン１０５の傾斜角を
フィードバック制御する。この結果、主制御装置５０は
レーザ光の波長が安定化したかどうかを、第１デイテク
ター２４からの出力信号から判断する。そして、所定の
設定時間ｔ１の間レーザ光の波長が安定していれば、主
制御装置５０は駆動部１２ａ、１３ａを介してウェハス
テージＷＳを座標値（Ｘ、、Ｙ、）から、所定の露光開
始位置にウェハステージＷＳを位置移動し、ウェハステ
ージＷＳの位置決め終了後露光を開始する。この際、レ
ジストの不必要な感光等を防止するためにレーザ光の発
振を一時停止させておく。

ここで、ウェハステージＷＳが座標値（Ｘ、、Ｙ、）に
退避している間、エキシマレーザ装置１００から発振さ
れるレーザ光は可変光量アテニュエータ６０、ビームス
プリンター４等を介してコンデンサーレンズ５に入射し
、レチクルＲの回路パターンの投影像を投影レンズ７の
結像面に形成している。そこで、波長安定化装置３０等
による波長の安定化と並行してレチクル・アライメント
及びレーザ光の光量調整を行う。レチクル・アライメン
ト系１６．１７．１８を用いてレチクル・アライメント
を行った後、レチクルＲをレチクルステージ６に真空吸
着する。次に、ビームスプリッタ−４を透過して第２デ
イテクター４０に入射したレーザ光を検出し、この光情
報（強度値）を光量モニター４１へ出力する。ここで、
第２デイテクター４０に入射するレーザ光はまだ安定化
されていないため、１パルス毎の出力強度が大きくばら
っている。そこで、光量モニター４１はこのばらつきを
考慮して所定時間内に発振される複数のパルスレーザ光
の積分光量、或いは平均光量（以下、積分光量とする）
を検出し、この情報（積分光量）を主制御装置５０に出
力する。尚、この積分光量の検出は波長モニター装置２
０により検出されるレーザ光の波長（中心波長）が予め
設定されたある波長範囲に入った後に開始され、検出精
度の向上の点から積分光量の検出は複数回行われる。次
に、主制御装置５０は光量モニター４１の出力信号から
、複数回検出が行われた積分光量の平均値を求める。主
制御装置５０はこの積分光量と予め設定されている光量
値とを比較して光量の適否を判断し、その結果に対応し
て可変光量アテニュエータ６０を制御する。これより、
レチクルＲの回路パターンを照明する照明光の光量は設
定光量値と−敗し、適切の光量が得られることになる。

従って、レーザ光の波長変動に応じてウェハステージＷ
Ｓを座標値（Ｘ、　、Ｙ、　）に退避させて波長安定化
を行い、この波長安定化と並行してレーザ光の光！調整
を行うことによって、不良な回路パターンがウェハステ
ージＷＳ上に形成されることなく、レチクルＲの回路パ
ターンは常に適切な光量で順次ウェハＷ上に転写される
。

次に、露光を行っている時に波長選択用エタロン１０５
の機械的振動等によってレーザ光に波長変動が生じた場
合、主制御装置５０は所定の設定時間ｔ２の間レーザ光
の波長変動が続いたら、直ちに駆動部１２ａ、１３ａを
介してウェハステージＷＳを座標値（Ｘ、　、　’ｉ’
、　）まで退避させる。

尚、この時ウェハＷに対してステップ・アンド・リピー
ト方式で露光が行われている場合は、あるショットの焼
付けが終了した時点で次のステップ位置ヘウエハステー
ジＷＳを送ることなく退避させる。そして、ウェハステ
ージＷＳの退避動作と同時に制御装置３１は駆動装置３
２を介して波長選択用エタロン１０５の傾斜角を調整し
て波長を安定化する。次に、主制御装置５０はレーザ光
の波長が安定しているか判断し、その結果所定の設定時
間ｔ１の間レーザ光の波長が安定しているならば、上述
と同様の動作でウェハステージＷＳを座標値（Ｘ・、Ｙ
・）から露光位置（次のショット位置）まで移動させて
露光を再開する。従って、露光中に波長変動が生じる場
合にはこの動作を適宜繰り返し行うことによって、解像
力を低下させたまま次々に各ショットの露光を続けてい
くことなく、常に適切な状態でレチクルＲの回路パター
ンをウェハＷ上に転写することができる。また、長時間
レーザ発振を停止する場合には、レーザ発振を停止した
後所定の設定時間ｔ４が過ぎると、主制御装置５０は駆
動部１２．１３を介してウェハステージＷＳを座標値（
Ｘ６、Ｙｅ）まで退避させておく。露光を再開する時は
上述のステッパー立ち上げ時の動作と同様に、ウェハス
テージＷＳの位置移動及び光量調整を行うことによって
、常に適切な状態でレチクルＲの回路パターンをウェハ
Ｗ上に転写することができる。

尚、可変光量アテニュエータ６０による光Ｗｉｌ！整は
波長安定化を行っている間だけではなく、常に主制御装
置５０が光量モニター４１等からの出力信号に基づいて
可変光量アテニュエータ６０の制御を行い、レーザ光の
光量を適切な光量に維持していることは言うまでもない
。

かくして本実施例によれば、波長モニター装置２０の出
力信号により求められる実際の発振中心波長と設定波長
との比較結果に基づいて、適宜ウェハステージＷＳの位
置側？３１（退避動作）を行うと共に、レーザ光の波長
の安定化と並行して光量調整を行うため、レーザ光の波
長変動に伴い生じる投影倍率変動等によって不良の回路
パターンがウェハＷ上に転写されるのを防止することが
でき、さらにｌショット毎に常に適切な光量で露光を行
うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に“よれば、エキシマレーザの中心
波長のずれ等の波長変動によって投影倍率、焦点位置変
動等が発生しても、この波長変動等の発生時に露光が行
われないようにシャッター或いはウェハステージを制御
するため、不良な回路パターンがウェハ上に形成される
ことが防止される。

また、レーザ光の波長安定化を行っている間に各種計測
、位置合わせを行うか、或いは光量調整を行うため、実
質的に生産性を高めることができ、さらに１シヨツト毎
に露光量またはレーザ光の光量を制御しているので、常
に最適な露光条件で露光を行うことができる安定性の高
いエキシマレーザ装置を備えた露光装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるエキシマレーザ装
置を備えたステッパーの概略的な構成を示す図、第２図
はウェハステージの位置移動を行う駆動部と位置計測を
行うレーザ干渉計の概略的な配置を示す図、第３図は本
発明の第２の実施例によるエキシマレーザ装置を備えた
ステッパーの概略的な構成を示す図である。 ２・・・シャッター、７・・・投影レンズ、１１・・・
Ｘ−Ｙステージ、１２、ｌ　３−・・レーザ干渉計、１
２ａ、１３ａ・・・ウェハステージ駆動部、２０・・・
波長モニター装置、２４・・・第１デイテクター、３０
・・・波長安定化装置、３１・・・制御装置、３２・・
・駆動装置、４０・・・第２デイテクター、４１・・・
光量モニター、５０・・・主制御装置、６０・・・可変
光量アテニュエータ、１００・・・エキシマレーザ装置
、１０５・・・波長選択用ファブリペローエタロン 出願人　　日本光学工業株式会社 代理人　弁理士　渡　辺　隆　男 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ装置から出力されるパルス状のレーザ光に
   よって、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介
   して感光基板上に投影露光する装置において、 前記レーザ光の光路の閉鎖、開放を行う遮光手段と；前
   記レーザ光の波長を検出する波長検出手段と；該波長検
   出手段により検出された前記レーザ光の波長変化に基づ
   いて、前記遮光手段を制御する制御手段と；前記波長検
   出手段によって検出された前記レーザ光の波長に基づい
   て、前記レーザ光の波長を所定値に安定化する波長安定
   化手段とを備え、前記レーザ光の波長が所定の基準範囲
   内となった場合に前記遮光手段の開放制御を行うことに
   より前記パターンを前記感光基板上に投影露光すること
   を特徴とする露光装置。
2. （２）レーザ装置から出力されるパルス状のレーザ光に
   よって、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介
   して感光基板上に投影露光する装置において、 前記感光基板を載置して前記投影光学系の光軸と略垂直
   な面内で２次元的に移動させるステージと；前記レーザ
   光の波長を検出する波長検出手段と；該波長検出手段に
   より検出された前記レーザ光の波長変化に基づいて、前
   記ステージの位置を制御する制御手段と；前記波長検出
   手段によって検出された前記レーザ光の波長に基づいて
   、前記レーザ光の波長を所定値に安定化する波長安定化
   手段とを備え、前記レーザ光の波長が所定の許容範囲内
   となった場合に前記ステージの位置制御を行うことによ
   り前記パターンを前記感光基板上に投影することを特徴
   とする露光装置。